«Колонизация космоса — это билет в один конец»
Есть у России шанс выиграть вторую лунную гонку, в которой с ней конкурируют не одна, а целых четыре державы? Что за жизнь может скрываться под плотным кольцом облаков на Венере? Есть ли шанс защититься от жесткого космического излучения? Как укрыться от выбросов солнечного вещества и чем оно нам грозит? О космических перспективах России и человечества в эксклюзивном интервью «Огоньку» рассказал научный руководитель Института космических исследований (ИКИ) РАН академик Лев Зелёный
В кабинете главного российского специалиста по исследованию космоса висит большая, в полстены, репродукция картины «Новая планета» художника Константина Юона из Третьяковки, написанной в 1921‑м, посреди разрухи и хаоса. Маленькие темные фигурки мечутся на фоне черно-желтого неба и воздевают руки к грозно нависающим над ними планетам.
— Картина написана по мотивам 1917-го, вероятно, так художник чувствовал разлитое в воздухе напряжение,— говорит академик Лев Зелёный.— Но если отвлечься от времени, она про то, что космические факторы чрезвычайно активно влияют на нас. Я большой поклонник выдающегося русского ученого Александра Чижевского, который одним из первых начал развивать мысль, что все процессы на Земле, включая революции, нашествия саранчи, эпидемии и погодные катаклизмы, моделируются солнечной активностью. Александр Леонидович предвосхитил открытие солнечного ветра, существование которого было доказано лишь с началом работы первых спутников. Сегодня мы имеем огромное количество статистических подтверждений этого тезиса, понимаем все нюансы воздействий Солнца на различные технические системы, но вот полностью разгадать механизмы этого воздействия на человека пока не можем. Именно этой наукой, кстати, я занимаюсь большую часть жизни.
— И как называется эта наука?
— Физика солнечной и космической плазмы. У нас в Институте космических исследований не первый год проходит конференция, по итогам которой мы издаем сборник «Плазменная гелеобиофизика». Название отражает наши главные темы. С одной стороны, мы занимаемся физикой Солнца: вспышками, выбросами корональной массы (речь идет о выбросах вещества из солнечной короны.— «О»), протуберанцами и солнечными магнитными полями. С другой — смотрим, как эти процессы отражаются на Земле: изучаем магнитные бури, полярное сияние, космическую погоду, влияние космоса на человека. Эти явления важно знать не только для решения абстрактных физических задач, но и с чисто практической точки зрения.
— А сам посыл о тесной взаимосвязи между космосом и различными, в том числе и социальными, процессами на Земле сегодня принят учеными?
— Это и по сей день вызывает споры. У нас по этой тематике защищалась Тамара Бреус. Защита проходила очень тяжело, шел уже девятый час обсуждений, но в конце вышел главный врач Московской скорой помощи и сказал: «Вы можете спорить о том, как именно это работает, но, когда дается прогноз большой магнитной активности, я своим сотрудникам отгулы и отпуска не даю, потому что точно вызовов будет на 25– 30 процентов больше».
— А что такое прогноз магнитной активности?
— Во время солнечной активности происходят мощные выбросы солнечного вещества в космос. Они достигают Земли за несколько дней, проникают в нашу магнитосферу, создают сильные токи, которые меняют магнитное поле на поверхности Земли. Прогнозом таких явлений, а пока они еще не точные, занят ряд лабораторий, в основном Институт прикладной геофизики Росгидромета. Своя служба у авиаторов, у Роскосмоса, у военных. Мы тоже, но в рамках фундаментальной науки: изучаем механизмы глобальных космических процессов и их влияние на Землю.
— А зачем такое прогнозировать в принципе, Лев Матвеевич? Ведь солнечные выбросы — это не дождь, от которого можно защититься, прихватив зонт из дома.
— Прогнозировать нужно. Если прямое влияние солнечных выбросов на человека мы можем продемонстрировать только статистически, то их влияние на технику постоянно фиксируем и его механизмы в целом понимаем. Представьте: в 2015-м после магнитной бури в Швеции пропали с радаров самолеты над южной частью страны. Началась паника, диспетчеры экстренно сажали все самолеты… Огромный вред несут такие выбросы спутникам, особенно тем, которые находятся на геостационарных орбитах и слабо защищены магнитным полем. При мощных выбросах у них в лучшем случае сбивается телеметрия, в худшем — они целиком выходят из строя. Это крайне важно учитывать, ведь значительная часть этих космических аппаратов имеет двойное назначение.
— А почему на Земле в первую очередь страдают северные районы? Читала, что недавно буря вывела из строя светофоры и те сами начали переключаться с красного на зеленый…
— Да, магнитное поле Земли сейчас (!) так устроено (магнитный и географический полюса находятся относительно недалеко друг от друга), что потоки солнечных частиц попадают в окрестности магнитных полюсов, достигают атмосферы Земли и создают особые овалы полярных сияний в Северном и Южном полушариях, которые целиком даже можно увидеть только из космоса. Для России до последнего десятилетия это было не так актуально, как, скажем, для Канады, потому что у нас на Севере не было сильно развитой инфраструктуры, за исключением Мурманска и Архангельска. Теперь это важно, тем более что к России со скоростью примерно 20 километров в год движется Северный магнитный полюс. С начала XVII века он располагался на границах с нынешней канадской Арктикой, а теперь эта магнитная шапка, «нахлобученная» на Землю, движется к нам. Это добавит нагрузку на инфраструктуру и таит угрозу для всех протяженных технических систем, от ЛЭП до нефтепроводов, которые, по сути, представляют собой очень длинные проводники. Я люблю пошутить, что, как говорил Владимир Ильич, в ХХ веке центр революционной активности сместился в Россию, а в ХХI веке к нам пожаловал уже и центр магнитной активности.
— И что можно сделать?
— Повлиять на Солнце мы, конечно, не можем, но, если заранее выключать спутники, они будут менее уязвимы. То же и с наземной инфраструктурой, если в особо острые моменты выключать нагрузку, дополнительное магнитное поле не будет перегружать системы и аварий не будет. Сейчас это научились регулировать. В 2000-м, когда активность Солнца была очень высока, пострадало много спутников. Но некоторые удалось сохранить как раз благодаря прогнозам: их ввели в спящий режим на время прохождения облака частиц и тем сэкономили десятки миллионов долларов.
Под солнечным парусом
— Главный предмет вашего научного интереса — космическая плазма. Как далеко продвинулась наука в ее изучении?
— Первые открытия были сделаны почти 60 лет назад, после запуска первого искусственного спутника: выход научных приборов в космос позволил «прикоснуться» к космической среде. До этого ученые совершенно не представляли, как она будет себя вести. А самое громкое открытие тех лет, славу которого до сих пор не могут поделить российские и американские ученые, связано с обнаружением радиационных поясов Земли. Сейчас их называют пояса Ван Аллена и Вернова. А чуть позже, в 1959– 1961 годах, советские автоматические станции «Луна-1», «Луна-2» и «Венера-1» впервые экспериментально — при прямом измерении параметров межпланетной плазмы — подтвердили существование солнечного ветра.
— Вы тогда занимались наукой?
— Я пришел в Институт космических исследований в конце 1960‑х. Помню, мне попалась книжка «Солнечный ветер»: она меня захватила, и я уже представлял себе яхты с парусами, скользящие между Землей и Солнцем. Правда, потом оказалось, что солнечный ветер — это поток плазмы, который до того разрежен, что содержит всего несколько частиц в кубическом сантиметре. Поэтому он паруса надувать не может, а вот давление света — может. Так что научное и инженерное сообщество сегодня вполне серьезно рассматривает идеи яхт на солнечных парусах.
В то время в физику космической плазмы пришло много выдающихся ученых, до того занимавшихся проблемой управляемого термоядерного синтеза. Задачи были в чем-то схожи: в обоих случаях речь шла о высокотемпературной, достаточно разреженной плазме. Тут как раз начался период экспериментов в космосе, благодаря которым можно было понять, как ведет себя плазма в космосе. Это очень красивая физика, которой я начал в те годы заниматься под руководством тогда еще молодого доктора наук, а потом и академика Альберта Галеева.
— Один из самых известных экспериментов в этой области — «Интербол». Что он дал науке?
— Этот эксперимент в 2000-е годы открыл эру многоспутниковых измерений. Понимаете, когда вы измеряете космическую среду в одной точке, установить причинно-следственные связи невозможно: все течет, все меняется и в пространстве, и во времени. А вот с помощью четырех космических аппаратов мы изучали, как солнечный ветер движется в межпланетном пространстве и как это отражается на магнитосфере Земли. Удалось измерить магнитные поля, которые солнечная плазма создает в различных областях космического пространства. А исследование таких тонких физических моментов дало толчок развитию прогноза космической погоды. Правда, как обычно, выяснялось, что на самом деле все намного интереснее и сложнее, чем мы думали поначалу. В целом проект дал очень много для понимания структуры магнитосферы и в особенности процесса пересоединения. Эти исследования продолжаются уже в более малых масштабах, с помощью многоспутниковых систем космических аппаратов европейского проекта CLUSTER и проекта MMS НАСА.
— А что такое пересоединение?
— Это важнейший процесс, от него зависит, как конкретно будет двигаться космическая плазма, например мощный поток солнечной плазмы. Представьте груженый товарный поезд, который во время войны должен доставить снаряды. И вот, скажем, партизан, как часто мы видели в военных фильмах, пробирается на станцию и переключает стрелку. От этого малого усилия зависит исход всей операции: получат ли враги снаряды или поезд пойдет в тупик и разобьется. Так вот, пересоединение — тонкий процесс именно такого рода. Стрелка здесь — небольшая область, где земное магнитное поле взаимодействует с магнитными полями, которое солнечный ветер приносит от Солнца. От того, как пройдет это взаимодействие, зависит, обрушится ли вся мощь солнечного ветра на Землю или отклонится в сторону и аккуратно обойдет земную магнитосферу с боковых сторон. Это как волшебный ключик, который открывает или запирает ворота для входа мощнейшего потока солнечной энергии. В первом случае природа вознаградит нас величественной мистерией полярных сияний и одновременно мы получим сильные магнитные бури, излишнюю нагрузку на линии электропередач, поврежденные спутники и недомогания у множества людей. Во втором все останется более или менее спокойным.